一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金及其选区激光熔化制备方法技术

一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金及其选区激光熔化制备方法。本发明专利技术属于可设计结构的合金快速成型技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决目前现有选区激光熔化制备的钼基合金由于密度大和常温高脆性等特点，使其无法满足以航空航天为主要代表的现代化装备零部件对于轻量化和结构刚性的需求的技术问题。本发明专利技术的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金由钼粉和碳化钛粉经选区激光熔化技术制备而成，TiC/Mo合金中碳化钛粉的质量分数为19％～21％。本发明专利技术创新的提出一种采用陶瓷脆性第二相复合强化常温高脆性基体的思路，通过材料成分的合理设计以及成型工艺的协同增效，实现了脆+脆＝韧性强化的预期目标，最终成型出可设计的具有复杂点阵结构的钼基合金。具有较好的力学性能和抗氧化性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金及其选区激光熔化制备方法


[0001]本专利技术属于可设计结构的合金快速成型
，具体涉及一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金及其选区激光熔化制备方法。

技术介绍

[0002]钼合金作为一种稀有金属，在电子工业、模具制造、高温元件、航空航天以及核工业等领域具有广泛的应用空间，是一种极其重要的战略资源。钼的熔点高达2620℃，属于元素周期系中第五周期(第二长周期)的VIB族元素，仅次于碳、钨、铼、钽和锇。20℃时，钼的密度为10.22g/cm3，仅约为钨的1/2。钼的线膨胀系数为(5.8～6.2)
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10
‑6，为一般钢铁的1/3～1/2，线膨胀系数低使得钼材在高温下尺寸稳定。钼具有很高的弹性模量，是工业中弹性模量最高者之一，而且受温度影响较小，甚至在800℃时仍高于普通钢在室温下的性能，其延展性能比钨好，易于压力加工成很薄的箔材和很细的丝材。钼还具有很小的热中子捕获面，这使钼能够作为核反应堆的中心结构材料使用，是发展高新技术、实现国家现代化、建设现代国防的重要基础材料。
[0003]选区激光熔化是激光快速成形制造领域中最具发展潜力的技术之一。它基于分层叠加制造原理，通过激光束逐层熔化金属粉末而成形复杂结构金属零件，该技术具有制造过程柔性程度高、所制造的零件具有优异的力学性能和化学性能、产品的尺寸大小和复杂程度对加工难度影响小等特点，在此方面与其它常规制造技术相比具有不可替代的优势，已经成为近几年的研究热点。目前大多数的难熔金属都采用粉末冶金成形，这种成形工艺需要昂贵的工装模具、工艺过程复杂，难以成形三维结构复杂的零件。
[0004]钼及钼合金作为最有潜力的一种代替镍基合金的难熔金属，传统的成形工艺和易于氧化性以及较高的韧脆转变温度，这些性能使钼基零件的加工成形受到了严重的制约，也使钼合金作为结构材料在航空航天领域的应用收到了限制。现有选区激光熔化制备的钼基合金由于密度大和常温高脆性等特点，使其无法满足以航空航天为主要代表的现代化装备零部件对于轻量化和结构刚性的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决目前现有选区激光熔化制备的钼基合金由于密度大和常温高脆性等特点，使其无法满足以航空航天为主要代表的现代化装备零部件对于轻量化和结构刚性的需求的技术问题，而提供一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金及其选区激光熔化制备方法。
[0006]本专利技术的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金由钼粉和碳化钛粉经选区激光熔化技术制备而成，TiC/Mo合金中碳化钛粉的质量分数为19％～21％。
[0007]进一步限定，钼粉粒度、TiC粉粒度均为15μm～55μm。
[0008]本专利技术的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金的选区激光熔化制备方法按以下步骤进行：
[0009]步骤1：将钼粉和碳化钛粉球磨混合，过筛、烘干后，得到Mo
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TiC混合粉末；
[0010]步骤2：将Mo
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TiC混合粉末加入到选区激光熔化设备的储粉腔中，设定选区激光熔化的工艺参数：激光功率为240W～260W，扫描速度为800mm/s～1000mm/s，扫描间距为0.08mm～0.10mm，采用Zigzag扫描模式；
[0011]步骤3：将纯钼基板预热至120～140℃，开始铺粉并逐层加工，每层混合粉末经熔化
‑
凝固
‑
再熔化后再开始成型加工，打印完成后待冷却，将合金从基板上分离，得到点阵晶格结构的TiC/Mo合金。
[0012]进一步限定，步骤1中球磨转速为250r/min，球磨时间为15min，磨球为三氧化二铝陶瓷磨球。
[0013]进一步限定，步骤2中激光功率为250W，扫描速度为900mm/s，扫描间距为0.09mm。
[0014]进一步限定，步骤3中将纯钼基板预热至130℃。
[0015]进一步限定，步骤3中每层铺粉厚度为0.03mm。
[0016]进一步限定，步骤3中成型加工过程在纯度为99.9％的氩气保护下进行。
[0017]进一步限定，步骤3中用电火花线切割机将合金从基板上分离。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有的显著效果：
[0019]本专利技术创新的提出了一种采用陶瓷脆性第二相复合强化常温高脆性基体的思路，突破了现有技术采用脆性相强化韧性相、韧性相强化脆性相的固有范围，克服了不能采用脆性相强化脆性相的壁垒，通过材料成分的合理设计以及成型工艺的协同增效，实现了脆+脆＝韧性强化的预期目标，最终成型出可设计的具有复杂点阵结构的钼基合金，具体优点如下：
[0020]1)本专利技术采用的机械化球形钼粉与TiC粉，粒度均为15μm～55μm，球化较好，表面粗糙、激光吸收率高。
[0021]2)TiC的添加使合金表面生成致密的TiO2，填充合金表面的孔洞，减少氧气的进入，阻碍进一步氧化，提升合金的抗氧化性，从而使失重率下降。
[0022]3)TiC颗粒弥散分布在基体内，可使钼合金晶粒细化，从而合金室温强韧性和高温力学性能得到提高，此外，在合金晶界处聚集的TiC，阻止晶界位错运动，再结晶强度得以提高，从而进一步起高了合金的强度。此外，TiC的添加可使合金由沿晶断裂模式转变为沿晶断裂和穿晶断裂的混合模式，同时，由于TiC的熔点很高，即使在1800℃，仍然可以钉扎位错和晶界，增强合金的晶界强度。
[0023]4)本专利技术的合金具有高对称性的三维镂空的点阵晶格结构，镂空结构既能规则排列，又能根据需求随机分布，晶格结构设计可以呈实现密度有梯度的过渡排列，从而使零件可以在减轻重量的同时保证力学性能，在相同的体积条件下，晶格结构设计的材料可以减少50％以上的材料消耗。
[0024]5)本专利技术利用选区激光熔化技术制备钼合金，在打印时可以利用氩气作为成型过程保护气，极大程度减少了打印粉末与空气中氧气发生反应造成的粉末质量下降，有效保障了成型零件的质量。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的点阵晶格结构的TiC/Mo合金的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术的制备选区激光熔化制备方法流程图；
[0027]图3为实施例1的点阵晶格结构的TiC/Mo合金表面显微镜图片。
具体实施方式
[0028]具体实施方式一(结合图1)：本实施方式的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金由钼粉和碳化钛粉经选区激光熔化技术制备而成，TiC/Mo合金中碳化钛粉的质量分数为19％～21％。
[0029]进一步限定，钼粉粒度、TiC粉粒度均为15μm～55μm。采用的机械化球形钼粉与TiC粉，粒度均为15μm～55μm，球化较好，表面粗糙、激光吸收率高。
[0030]具体实施方式二(结合图2)：制备具体实施方式一所述的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金的方法按以下步骤进行：
[0031]步骤1：将钼粉和碳化钛粉球磨混合，过筛、烘干后，得到Mo
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金，其特征在于，该合金由钼粉和碳化钛粉经选区激光熔化技术制备而成，TiC/Mo合金中碳化钛粉的质量分数为19％～21％。2.根据权利要求1所述的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金，其特征在于，钼粉粒度、TiC粉粒度均为15μm～55μm。3.如权利要求1或2所述的一种点阵晶格结构的TiC/Mo合金的选区激光熔化制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：将钼粉和碳化钛粉球磨混合，过筛、烘干后，得到Mo
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TiC混合粉末；步骤2：将Mo
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TiC混合粉末加入到选区激光熔化设备的储粉腔中，设定选区激光熔化的工艺参数：激光功率为240W～260W，扫描速度为800mm/s～1000mm/s，扫描间距为0.08mm～0.10mm，采用Zigzag扫描模式；步骤3：将纯钼基板预热至120～140℃，开始铺粉并逐层加工，每层混合粉末经熔化
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凝固
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再熔化后再开始成型加工，打印完成后待冷却，将合金从基板上...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭政佑，张贺新，张斌，韩仁恒，李亚男，尹红亮，刘锦洋，姜风春，赵成志，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：